Часть I. Основные свойства и электрические характеристики изоляция в электрических системах

Разряды в газах

Литература: (1, разд.I, гл.1, 2, 3 § 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, гл.5, § 6-1, 6-2, 6-3, 6-5, гл.7; 2, разд.II, гл.3-6, разд.IV, гл.10).

Необходимо уметь пояснить все виды ионизации. Уметь вывести формулу для определения коэффициента объемной ионизации α и начертить ход кривых ипри нормальных атмосферных условиях.

Следует знать вывод формулы для лавины электронов и условия самостоятельности разряда в однородном поле при пониженном напря­жении.

Необходимо уяснить физический смысл коэффициент γ при различных давлениях; уметь сформулировать и качественно пояснить закон Пашена.

Уметь пояснить ход кривых .

Необходимо четко знать влияние температуры, влажности и от­носительной плотности воздуха на разрядные напряжения промежутка в однородном поле.

При изучении стримерной теории разряда следует подробно рассмотреть основные ступени развития разряда во времени; лавины, стримера, главного разряда. Необходимо четко уяснить влияние на­пряженности на характер развития разряда, основное отличие отдель­ных стадий разряда и различие между разрядами с положительного и отрицательного острия.

Необходимо изучить основные особенности разрядов в слабонеоднородных полях и закон подобия разрядов. При изучении разряда в резконеодонородном поле нужно обратить внимание на влияние по­лярности на разрядное напряжение промежутков стержень-стержень и стержень плоскость и четко представлять физические основы этого явления и объяснить динамику развития разряда.

В изоляционных устройствах, используемых в электрических ма­шинах и аппаратах, широко применяются барьеры. Поэтому нужно вни­мательно ознакомиться с влиянием барьеров на разрядное напряжение в резконеоднородном поле.

Далее нужно ознакомиться со структурой времени разряда, понятием статистического времени запаздывания и времени формирования разряда, нужно запомнить, что называется длиной волны и длиной фронта волны, знать параметры стандартной волны, определение минималь­ного (или 50-процентного) импульсного разрядного напряжения и двухмикросекундного напряжения. Нужно уметь качественно изобразить взаимное расположение вольт-секундных характеристик защитного про­межутка и защищаемой изоляции.

Важное значение имеет изучение разряда по поверхности диэлек­трика. Следует уяснить влияние материала диэлектрика на величину разрядного напряжения по поверхности в равномерном и неравномерном поле и роль поверхностной емкости диэлектрика. Меры борьбы с поверх­ностными разрядами.

Нужно изучить физическую природу короны на примере промежут­ка игла-плоскость, знать особенности коронного разряда на постоян­ном и переменном напряжении, знать, от чего зависят потери на ко­рону при переменном напряжении и методы уменьшения этих потерь. Особое внимание следует обратить на применение расщепленных про­водов для уменьшения потерь на корону.

Контрольные вопросы

1. Опишите все виды ионизации.

2. Выведите формулу для определения коэффициента объемной ионизации.

3. Сформулируйте условие самостоятельности разряда в одно­родном поле при пониженном давлении и объясните физический смысл.

4. Поясните физический смысл коэффициента γ при различных давлениях.

5. Сформулируйте и качественно поясните закон Пашена.

6. Поясните ход кривых .

7. Поясните влияние температуры, влажности: относительной плотности воздуха на разрядное напряжение промежутка в однородном поле.

8. В чем заключается закон подобия разрядов в слабонеоднородных полях?

9. Как влияет полярность на разрядное напряжение промежутков стержень-плоскость в резконеоднородном поле? Чем объясняется это влияние?

10. Охарактеризуйте влияние барьеров на разрядные напряжения в резконеоднородном поле. Где следует устанавливать барьеры в промежутке стержень-плоскость при положительной и отрицательной полярности стержня?

11. Что такое статистическое время запаздывания и время формирования разряда?

12. Что называется длиной фронта и длиной волны? Чему равна длина фронта и длина стандартной волны?

13. Что называется 60-процентным разрядным напряжением? Что такое двухмикросекундное напряжение?

14. Опишите методику снятия вольт-секундных характеристик.

15. На какой полуволне (положительной или отрицательной) происходит разряд между стержнями при напряжении промышленной частоты?

16. Как влияет поверхностная емкость на разрядное напряжение по поверхности диэлектрика?

17. Как развивается поверхностный разряд в однородном поле?

18. Как развивается разряд в неравномерном поле при наличии значительной нормальной составляющей напряженности поля?

19. Опишите процесс развития короны на проводах при перемен­ном напряжении. Как по вольт-кулоновской характеристике определить потери на корону?

20. Какие существуют методы уменьшения потерь на корону при переменном напряжении?

Испытательные установки и измерение высоких напряжений

Литература: (3, разд. II, § 5-1, 6-1, 6-2, 6-8, 7-1, 7-2, 7-3, 7-4, гл.8).

Экспериментальные исследования имеют большое значение в технике высоких напряжений. Поэтому студенты должны ознакомиться с основным оборудованием высоковольтных лабораторий и техникой проведения высоковольтных измерений.

Этот раздел в основном изучается студентами в процессе выполнения лабораторных работ.

Следует ознакомиться с описанием трансформаторов высокого напряжения промышленной частоты и со схемой каскадного соединения трансформаторов, методами регулирования испытательных напряжений.

Необходимо знать простейшие выпрямительные схемы. Следует изучить каскадный генератор. Требуется уметь объяснить процесс зарядки конденсаторов в схеме, опуская все аналитические выклад­ки. Знать принцип действия, назначение и основные характеристики электростатических генераторов.

Для импульсных испытаний изоляции оборудования высокого на­пряжения применяются генераторы импульсных напряжений (ГИН) и тока (ГИТ). Необходимо ознакомиться с их принципиальными схемами и методами расчета.

Надо освоить основные преимущества и недостатки измерения шаровыми искровыми промежутками, требования к разрядникам и ус­ловия их размещения в опыте, влияние полярности на изменение и роль освещенности.

Основным измерительным прибором при исследовании кратковременных процессов при высоких напряжениях является электронно-лучевой осциллограф. Следует ознакомиться с принципиальной схемой осциллографа.

Надо изучить схемы и конструкции делителей напряжения, знать основные достоинства и недостатки омических, емкостных и емкостно-омических делителей напряжения и область применения каждого из них.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит принципиальное отличие испытательных трансформаторов от силовых?

2. Начертите схему и объясните принцип работы генератора импульсных токов.

3. Начертите схему и объясните принцип работы ГИН. Что называется емкостью в ударе ГИН? Как приближенно рассчитать длину фронта и длину волны ГИН?

4. Определите по таблицам разрядное напряжение шарового промежутка d =6,25 см при расстоянии между шарами 3 см при поло­жительной и отрицательной полярности приложенного напряжения. Давление Р=700 мм рт. ст.t=10°C. Укажите, какие должны быть соблюдены условия для получения надежных результатов измерения?

5. Опишите конструкции емкостного, омического и емкостно-омического делителей напряжения. Опишите область применения, достоинства и недостатки каждого из них.

6. Опишите кратко принцип действия катодного осциллографа и назначение каждого из его основных узлов.

Линейная и подстанционная изоляция. Изоляция трансформаторов,

генераторов, кабелей и конденсаторов

Литература: (1, разд.II и III, гл.7, 9-I4, 16, § I7-I, 17-2, 17-4, 17-5, 17-6, гл.19; 13).

Для правильного суждения об изоляции, применяемой в той или иной конструкции, следует хорошо знать не только их механические и электрические характеристики, но и характеристики используемых при этом изолирующих материалов. Необходимо также знать, как эти характеристики можно получить. Далее нужно понимать, какие фак­торы оказывают решающее влияние на конструктивные формы изоляции и их характеристики, будь это линейные, станционно-аппаратные или другого вида изоляторы.

При изучении линейной изоляции основное внимание следует обратить на электрические и механические характерами изоляторов, условия работы их в эксплуатации и основные заводские испы­тания. Гирлянды изоляторов применяются на всех линиях электропе­редач напряжением 35 кВ и выше. Необходимо уметь нарисовать схе­му замещения гирлянды изоляторов и объяснять кривую распределения напряжения по гирлянде.

Нужно уметь приводить разрядные напряжения при промышленной частоте и импульсах к нормальным атмосферным условиям.

Нужно знать роль и назначение защитной арматуры, уметь выби­рать минимально необходимое число изоляторов в гирлянде и мини­мальные изоляционные расстояния на опоре.

Следует знать типы изоляторов, наиболее часто применяемых на линиях передач. Уяснить преимущества линейных изоляторов из стекла. Полимерная изоляция для линий электропередачи.

При изучении станционно-аппаратных изоляторов особое внимание следует обратить на способы увеличения электрической прочности изоляционных конструкций: роль барьеров, металлических обкладок и пр. При изложении материала, касающегося конструкций станционно-аппаратных изоляторов, можно пользоваться рисунками, приведенными в учебнике [3,4,13].

Необходимо также изучить влияние на разрядную прочность изоляторов, общие меры повышения разрядного напряжения при за­грязнениях.

Студент должен знать основные особенности конструкции изо­ляции силовых трансформаторов. Особое внимание следует обратить на изучение переходных процессов в обмотках трансформаторов. Не­обходимо уметь начертить упрощенную схему замещения трансформато­ров, вывести формулу для определения начального распределения напряжения по обмотке трансформатора, уметь объяснить причину воз­никновения собственных колебаний в обмотке трансформатора с за­земленной и изолированной нейтралью при воздействии бесконечно длинной прямоугольной волны. Необходимо четко уяснить особенности переходных процессов в трехфазных трансформаторах. Нужно разо­браться в процессе возникновения перенапряжений, ознакомиться с внутренней защитой к основными испытаниями трансформаторов.

Необходимо иметь представление об основных особенностях изо­ляции вращающихся машин и ознакомиться с заводскими испытаниями изоляции вращающихся машин.

При рассмотрении вопроса распространения волн в обмотках машин следует обратить внимание на факторы, влияющие на волновое сопротивление, скорость распространения волн в обмотках и другие характеристики машин.

Студент должен знать особенности конструкции, преимущества и недостатки, область применения и экономические характеристики ка­белей с вязкой пропиткой, газонаполненных, маслонаполненных, с маслом и газом под давлением. Следует уяснить причины, по которым испытание кабелей производится постоянным напряжением, а также знать величины испытательных напряжений и схемы испытаний, а также способы регулирования поля в различных по конструктивному исполнению кабелях высокого напряжения.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные механические и электрические характе­ристики изоляторов и методы их снятия.

2. Опишите конструкции подвесных, штыревых и стержневых линейных изоляторов.

3. Чем объясняется неравномерное распределение напряжения по гирлянде изоляторов?

4. Для чего применяется арматура на гирляндах подвесных изоляторов?

5. Как производится выбор числа изоляторов в гирлянде и минимальных воздушных промежутках на опоре?

6. Определите вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу при междуфазном перекрытии на деревянной опоре 110 кВ. Изоляция линии – 6 изоляторов в гирлянде, расстояние между фазами по дереву – 4 м.

Опишите конструкции стационно-аппаратных изоляторов: опорных и проходных.

8. Каким испытаниям по ГОСТу подвергается изоляция распределительных устройств?

9. Какие изоляторы применяются в районах с загрязненной атмосферой?

10. Каким испытаниям подвергается изоляция силовых трансформаторов при выпуске с завода?

11. Каким испытаниям подвергается изоляция генераторов при выпуске с завода?

12. Укажите волновые параметры вращающихся машин.

13. Как происходит развитие ветвистого пробоя в кабеле с вязкой пропиткой?

14. Какой вид пробоя опасен для маслонаполненных кабелей?

15. Каким испытаниям подвергаются кабели при выпуске с завода?

16. Как происходит развитие ионизационного процесса в бумажно-масляной изоляции конденсаторов?

Профилактика изоляции

Литература: (1, разд.IV, § 22-2, 23-2, гл.24-28; 2, разд.III, гл.8).

При изучении данного раздела необходимо рассмотреть не только схемы и методы испытаний, но и разобраться в физических предпосылках каждого метода.

Контрольные вопросы

1. Какова роль профилактики изоляции в повышении надежности работы энергосистем?

2. Опишите физическое содержание метода профилактики путем измерения тангенса угла диэлектрических потерь в емкости.

Как зависит емкость нормальной и дефектной изоляции от частоты и температуры? Как изменяется tgδнормальной и дефектной изоляции в зависимости от частоты и температуры?

3. Опишите принципиальную схему моста Шеринга и принципиальную схему прибора контроля влажности.

4. В чем заключается физическая основа метода частичных разрядов? Какие существуют методы обнаружения частичных разрядов?

5. Как производится измерение сопротивления утечки?

6. Для чего применяется испытание изоляции повышенным напряжением?

7. Для испытания какой изоляции применяются переменное и постоянное напряжение?

8. Каким испытанием подвергаются изоляторы, кабели, трансформаторы и машины?

9. Сравните преимущества и недостатки испытаний повышенным напряжением переменного и постоянного тока.